内燃機関用ピストンのオイル供給装置
【課題】ピストンの摺動抵抗の低減とオイル消費量の低減とを両立し、潤滑性能と冷却性能を高めるオイル供給装置を提供する。
【解決手段】ピストン１０のオイル供給装置１において、ピストン１０は、ピンボス部１３の吸気側端部からそれら端部に対向する吸気側スカート部１２の方へ膨出させた１対の膨出部１３と、これら膨出部１３の下端に夫々開口した１対のオイル導入穴１８と、これらオイル導入穴１８とオイルリング溝１７とセカンドリング溝１６の間のランド部１４とを連通する給油路１９ａ〜１９ｃを有し、オイル導入穴１８の開口部１８ａに対して潤滑用オイルを噴射する第１オイル噴射ノズル２２と、排気側スカート部１２側のピストンクラウン部１１の裏面１１ｂに対して冷却用オイルを噴射する第２オイル噴射ノズル３２と、ピストン１０が上昇過程のときのみ、オイル導入穴１８の開口部１８ａに対して潤滑用オイルを供給可能なバッフル部材７を備える。
【解決手段】ピストン１０のオイル供給装置１において、ピストン１０は、ピンボス部１３の吸気側端部からそれら端部に対向する吸気側スカート部１２の方へ膨出させた１対の膨出部１３と、これら膨出部１３の下端に夫々開口した１対のオイル導入穴１８と、これらオイル導入穴１８とオイルリング溝１７とセカンドリング溝１６の間のランド部１４とを連通する給油路１９ａ〜１９ｃを有し、オイル導入穴１８の開口部１８ａに対して潤滑用オイルを噴射する第１オイル噴射ノズル２２と、排気側スカート部１２側のピストンクラウン部１１の裏面１１ｂに対して冷却用オイルを噴射する第２オイル噴射ノズル３２と、ピストン１０が上昇過程のときのみ、オイル導入穴１８の開口部１８ａに対して潤滑用オイルを供給可能なバッフル部材７を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダボア内を往復動する内燃機関用ピストンのオイル供給装置に関し、特にピストンに対して潤滑用オイルを噴射するオイル噴射ノズルと冷却用オイルを噴射するオイル噴射ノズルを備えた内燃機関用ピストンのオイル供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関（以下、エンジンと記す）のピストンには、燃焼ガスの爆発ガス圧を受ける頂部と周囲にピストンリング溝を設けたランド部から形成されるピストンクラウン部と、ピストンピンを介してコネクティングロッドの小端部に連結されるピンボス部と、ピストンの往復動をガイドするスカート部が形成されている。特に、ピストンクラウン部の頂部は高温の燃焼ガスに曝されるため、ピストンクラウン部の裏面に対して冷却用オイルを噴射するオイルジェットを設け、ピストンを冷却している。
【０００３】
通常、ピストンの複数のランド部同士間には、トップリングとセカンドリングを夫々装着する２つのコンプレッションリング溝とオイルリングを装着するオイルリング溝が形成されている。オイルリングは、ピストンが上昇（上死点側へ移動）するとき、オイルを持ち上げシリンダボアの内周面にオイル油膜を形成し、ピストンが下降（下死点側へ移動）するとき、潤滑に必要なオイル油膜を残しながら余分なオイルを掻き落とす機能を有している。それ故、オイルの掻き落としが不十分な場合、セカンドリング溝とオイルリング溝との間のランド部にオイルが滞留し、この滞留したオイルが燃焼室へ侵入するため、オイル消費量増加の原因になっていた。
【０００４】
特許文献１に記載されたエンジンの潤滑装置は、ピストンのセカンドリング溝とオイルリング溝との間のランド部に径方向へ貫通してランド部外周とピストン内方を連通する複数の連通路と、ピストンクラウン部の裏面側にオイルジェットから噴射されたオイルを導入可能な開口部を有し且つ複数の連通路のピストン内方側開口に連通するオイル溜め部と、オイルジェットから噴射されたオイルをピストン上昇時に開口部へ誘導し、ピントン下降時に開口部への導入を制限するオイル誘導制限部を備えている。このエンジンの潤滑装置は、ピストン上昇時にオイルジェットから噴射されたオイルがオイル溜め部に導入し、ピストン下降時にオイルジェットから噴射されたオイルがオイル溜め部に入ることを制限するため、オイルリングの上方空間に滞留するオイル量を適切に調整し、摺動抵抗の低減とオイル消費量の低減を両立している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−８４５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のエンジンの潤滑装置は、ピストン部の裏面にオイル誘導斜面とオイル制限斜面を備えたピストン側凸部を設け、コネクティングロッドの小端部にコンロッド側凸部を設けることにより、ピントン上昇時にはコンロッド側凸部がオイルをオイル誘導斜面側へ誘導し、ピントン下降時にはコンロッド側凸部がオイルをオイル制限斜面側へ誘導している。しかし、潤滑用オイルをセカンドリング溝とオイルリング溝との間のランド部に供給するとき、コンロッド側凸部とオイル誘導斜面にオイルを衝突させてオイルの進行方向を強制的に変更し、一旦オイル溜め部に貯留した後、貯留されたオイルをランド部へ供給するような潤滑用オイル径路であるため、供給される潤滑用オイルの油圧損失が大きく、前記ランド部に十分なオイル量を供給できない虞がある。しかも、特許文献１の潤滑用オイル径路では、ピストン構造やコンロッド構造等の構造の複雑化を招き、ピストンの製造コストが高価になるという虞もある。
【０００７】
また、ピストンの冷却性能を向上する場合、前記エンジンの潤滑装置と冷却用オイルを噴射するオイルジェットを併用することも考えられる。しかし、オイルジェットから噴射された冷却用オイルをピストンの一端部側から他端部側に亙ってピストンクラウン部の裏面全域に安定的に流す必要があるものの、前記エンジンの潤滑装置には冷却用オイル径路の途中にオイル溜め部の開口部やピストン側凸部等の障害物が存在し、これらの障害物が冷却用オイルの流れを阻害するため、ピストンの冷却性能を十分に確保できない虞がある。
【０００８】
本発明の目的は、ピストンの摺動抵抗の低減とオイル消費量の低減とを両立でき、ピストン構造を簡単化しつつピストンの潤滑性能と冷却性能を高めることができる内燃機関用ピストンのオイル供給装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の内燃機関用ピストンのオイル供給装置は、ピストンクラウン部と、このピストンクラウン部の裏面に形成され且つコネクティングロッド及びピストンピンを介してクランク軸に連結される１対のピンボス部と、前記ピストンクラウン部から下方へ延びる１対のスカート部を備え、シリンダボア内を往復動する内燃機関用ピストンのオイル供給装置において、前記ピストンは、一方のスカート部側において前記１対のピンボス部のピン軸直交方向の一方側端部からそれら端部に対向する前記一方のスカート部の方へ膨出させた１対の膨出部と、これら１対の膨出部の下端に夫々開口し且つ上方へ凹入した１対のオイル導入穴と、これらオイル導入穴と前記ピストンクラウン部のオイルリング溝とコンプレッションリング溝の間の周面とを連通する複数の給油路を有し、前記１対のオイル導入穴の開口に対して潤滑用オイルを噴射する第１オイル噴射ノズルと、他方のスカート部側のピストンクラウン部の裏面に対して冷却用オイルを噴射する第２オイル噴射ノズルと、前記ピストンが上昇過程のときのみ、前記１対のオイル導入穴の開口に対してオイルを供給するオイル間欠供給手段とを設けたことを特徴としている。
【００１０】
この内燃機関用ピストンのオイル供給装置では、ピストンが上昇過程のときのみ、第１オイル噴射ノズルから噴射された潤滑用オイルがオイル導入穴に導入される。この潤滑用オイルは、複数の給油路を経てオイルリング溝とコンプレッションリング溝の間の周面に相当するランド部へ供給され、シリンダボア面のオイル油膜形成に寄与する。ピストンが下降過程のとき、潤滑用オイルはオイル導入穴への導入が規制されるため、前記ランド部に供給されない。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記複数の給油路は前記オイル導入穴の頂部に連通し且つピストン軸心直交方向へ延びることを特徴としている。
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記第１オイル噴射ノズルを平面視にて吸気側位置に配置し、前記第２オイル噴射ノズルを平面視にて排気側位置に配置したことを特徴としている。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、前記オイル間欠供給手段は、前記第１オイル噴射ノズルとオイル導入穴の開口との間に位置する前記コネクティングロッドの側部に設けられ、前記ピストンが下降過程のとき、前記第１オイル噴射ノズルから噴射されたオイルの進路を遮断可能なオイル供給遮断手段であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、潤滑用オイルが、ピストンが上昇過程のときのみ、オイルリングの先行域に対応したランド部に供給されるため、ピストンの摺動抵抗の低減とオイル消費量の低減を両立できる。また、１対のピンボス部を利用してオイル導入穴を形成し、オイル導入穴から前記ランド部へ連なる給油路を設けたため、ピストン構造を簡単化でき、潤滑用オイルの油圧損失を生じることなくピストンの潤滑性能を増すことができる。しかも、１対のピンボス部に形成された膨出部により冷却用オイルが流れる径路を形成したため、冷却用オイルの流れを阻害することなくピストンクラウン部の裏面を流動する冷却用オイルを誘導することができ、一方のスカート側から他方のスカート側に亙ってピストンクラウン部の裏面に冷却用オイルを供給することができ、ピストンの冷却性能を増すことができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、オイル導入穴に噴射された第１オイル噴射ノズルからの潤滑用オイルの油圧損失を最小に抑え、ランド部への給油能率を向上できる。
請求項３の発明によれば、吸気側部分に比べて熱負荷が高いピストンの排気側部分を先行冷却でき、第１オイル噴射ノズルのレイアウトの自由度を増すことができる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、コネクティングロッドの作動軌跡を利用して、オイル間欠供給手段を簡単な構成で形成でき、ピストンが上昇過程のときのみオイル導入穴への潤滑用オイルの導入を許容し、ピストンが下降過程のときオイル導入穴への潤滑用オイルの導入を制限することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１に係るピストンのオイル供給装置の全体構成図である。
【図２】ピストンと第１，第２オイル噴射装置を下方から視た図である。
【図３】ピストンとコネクティングロッドの組み立て図である。
【図４】ピストンの側面図である。
【図５】図４のV−V線断面図である。
【図６】図４のVI−VI線断面図である。
【図７】ピストンの縦断面図である。
【図８】クランク角が９０°のときのオイル供給装置を示す図である。
【図９】クランク角が２７０°のときのオイル供給装置を示す図である。
【図１０】従来のオイル供給装置と実施例１のオイル供給装置のピストンリング抵抗値を比較したグラフである。
【図１１】実施例２に係るピストンのオイル供給装置の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。尚、以下、図における上下方向を上下方向とし、エンジンの吸気側を前方、排気側を後方として説明する。
【実施例１】
【００１８】
以下、本発明の実施例１について図１〜図１０に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施例のオイル供給装置１は、車両の多気筒エンジン、例えば横置き直列４気筒ガソリンレシプロエンジンＥのピストン１０に対して潤滑用オイルと冷却用オイルを供給するものである。
【００１９】
エンジンＥは、シリンダヘッド（図示略）と、シリンダブロック２と、オイルパン９（図１１参照）等を備えている。シリンダヘッドには、吸気側カム軸（図示略）と排気側カム軸（図示略）が回転自在に枢支されている。これら両カム軸にはクランク軸３から回転駆動力が伝達され、夫々のカム軸に連動連結された吸排気バルブ（図示略）が往復動される。エンジンＥは、吸気側カム軸が車両の進行方向前方になるよう自動車のエンジンルームに搭載され、上方程後側へ傾斜する後方スラント状に配置されている。
【００２０】
図１に示すように、シリンダブロック２は、クランク軸３と、４本のコネクティングロッド４と、４つのシリンダボア５と、４つのピストン１０と、気筒毎に１対の第１オイル噴射装置２０と、４つの第２オイル噴射装置３０等を備えている。シリンダブロック２は、クランク軸３を収容するクランク室を形成している。
【００２１】
図１に示すように、クランク軸３は、ジャーナル部（図示略）と、ピン部３ａと、アーム部（図示略）等を備え、図中、矢印Ａで示す方向に回転する。クランク軸３は、シリンダブロック２に軸受部を介して回転自在に枢支されている。ピン部３ａには、コネクティングロッド４の下端に形成された大端部４ａが軸受部を介して回転自在に連結されている。コネクティングロッド４の上端に形成された小端部４ｂには、クランク軸３と平行に配置されたピストンピン１０ａを介してピストン１０が揺動自在に連結されている。シリンダボア５は円筒状に形成されている。
【００２２】
図１〜図７に示すように、ピストン１０は、ピストンクラウン部１１と、１対のスカート部１２と、１対のピンボス部１３と、１対のオイル導入穴１８と、複数の給油路１９ａ〜１９ｃ等を備えている。ピストン１０は、下方に向かって開口する有底円筒状に形成され、例えば、アルミニウム合金により形成されている。ピストン１０は、シリンダボア５内に嵌入され、シリンダボア５内を上下方向に往復動可能に形成されている。
【００２３】
ピストンクラウン部１１は、頂面１１ａと、裏面１１ｂと、ランド部１４と、３つのリング溝１５〜１７等を備えている。裏面１１ｂには、吸気側リセス部１１ｃと、排気側リセス部１１ｄと、両リセス部１１ｃ，１１ｄの間に亙って形成されたリセス間連結部１１ｅが形成されている。吸気側リセス部１１ｃと排気側リセス部１１ｄは、夫々、裏面１１ｂの吸気側部分と排気側部分の位置に頂面１１ａ側へ湾曲状に凹入形成されている。リセス間連結部１１ｅは、吸気側リセス部１１ｃと排気側リセス部１１ｄに滑らかに連なるよう構成されている。
【００２４】
１対のスカート部１２は、ピストン１０の吸気側部分と排気側部分に夫々ピストンクラウン部１１の下端から下方へ延びるよう形成されている。それ故、ピストン１０が上下方向へ往復動するとき、１対のスカート部１２がシリンダボア５にガイドされるため、ピストンピン１０ａを回転中心とするピストン１０の揺動が抑制される。
【００２５】
ピストンクラウン部１１の外周には、頂面１１ａとスカート部１２との間の位置にランド部１４が形成されている。ランド部１４には、トップリング溝１５とセカンドリング溝１６とオイルリング溝１７が形成されている。トップリング溝１５は、頂面１１ａに最も近接した位置に形成され、トップリング４５（第１コンプレッションリング）が装着されている。セカンドリング溝１６は、トップリング溝１５よりも下方位置に形成され、セカンドリング４６（第２コンプレッションリング）が装着されている。オイルリング溝１７は、セカンドリング溝１６よりも下方且つスカート部１２側位置に形成され、オイルリング４７が装着されている。尚、説明の便宜上、図３を除いて、各リング４５〜４７の図示を省略している。
【００２６】
図３に示すように、トップリング４５とセカンドリング４６は、略Ｃ字状に形成され、トップリング溝１５とセカンドリング溝１６に夫々強制的に弾性圧縮変形された状態で嵌め込まれている。これにより、両リング４５，４６は、一定の復元力によりシリンダボア５の表面に接触し、エンジンＥの燃焼室からクランク室に漏出するブローバイガス量を抑制している。オイルリング４７は、両リング４５，４６と同様に略Ｃ字状に形成され、オイルリング溝１７に強制的に弾性圧縮変形された状態で嵌め込まれている。これにより、オイルリング４７は、一定の復元力によりシリンダボア５の表面に接触し、ピストン１０が上昇過程のとき、オイルを持ち上げてシリンダボア５の内周面にオイル油膜を形成し、ピストン１０が下降過程のとき、潤滑に必要なオイル油膜を残しながら大部分のオイルを掻き落としている。
【００２７】
図１，図５，図７に示すように、ピストンクラウン部１１には、１対のスカート部１２の間の位置において裏面１１ｂから下方へ延びる１対のピンボス部１３が形成されている。
一方のピンボス部１３は、ピストン１０の中心に対してピストンピン１０ａの軸線平行方向一方側寄りの位置に配置され、他方のピンボス部１３はピストン１０の中心に対してピストンピン１０ａの軸線平行方向他方側寄りの位置に配置され、両ピンボス部１３はピストン１０の中心を挟むように並列状に形成されている。
【００２８】
図２，図５，図６に示すように、１対のピンボス部１３は、裏面１１ｂの中央部分にリセス間連結部１１ｅを挟んで対向配置され、夫々、ピン孔１３ａと、膨出部１３ｂと、オイル導入穴１８を備えている。１対のピン孔１３ａは、軸受部を介してピストンピン１０ａを支承している。１対のピンボス部１３がピストンピン１０ａを介してコネクティングロッド４と連結されるため、クランク軸３の回転駆動力がコネクティングロッド４を介してピストン１０に伝達され、ピストン１０がシリンダボア内を上下方向に往復動する。
【００２９】
１対の膨出部１３ｂは、１対のピンボス部１３の吸気側端部から、これら吸気側端部に対向する吸気側スカート部１２の方向へ膨出するように形成されている。それ故、ピストン１０の中心から各ピンボス部１３の吸気側端部までの距離はピストン１０の軸心から各ピンボス部１３の排気側端部までの距離よりも長く構成され、平面視にて、吸気側リセス部１１ｃの面積は排気側リセス部１１ｄの面積よりも小さく形成されている。
【００３０】
１対の膨出部１３ｂには、夫々、オイル導入穴１８が形成されている。各オイル導入穴１８は、膨出部１３ｂの下端に開口し、この開口部１８ａからピストンクラウン部１１内部に亙り上方へ凹入するよう形成されている。それ故、吸気側リセス部１１ｃの近傍部分をオイル導入穴１８に滞留するオイルを利用して冷却することができる。これらオイル導入穴１８は、ピンボス部１３と膨出部１３ｂを一体形成し、膨出部１３ｂに対してドリル等の加工工具を用いて機械加工により製造している。
【００３１】
図６に示すように、ピストンクラウン部１１内部には、複数の給油路１９ａ〜１９ｃが形成されている。複数の給油路１９ａ〜１９ｃは、１対のオイル導入穴１８の頂部からピストン１０の軸線直交方向へ延び、セカンドリング溝１６とオイルリング溝１７の間のランド部１４と連通するよう形成されている。
【００３２】
各オイル導入穴１８には、夫々、３つの給油路１９ａ〜１９ｃが連通されている。給油路１９ａはオイル導入穴１８と吸気側ランド部１４を連通し、給油路１９ｂはオイル導入穴１８と吸気側と吸気側の中間位置近傍のランド部１４を連通し、給油路１９ｃはオイル導入穴１８と排気側ランド部１４を連通している。給油路１９ｂは給油路１９ｃよりも通路長が短く、給油路１９ａは給油路１９ｂよりも通路長が短く形成されている。これら給油路１９ａ〜１９ｃは、オイル導入穴１８と同様に、ピストンクラウン部１１に対してドリル等の加工工具を用いて機械加工により製造している。
【００３３】
図１，図２に示すように、第１オイル噴射装置２０は、各シリンダボア５に２つづつ配置されている。１対の第１オイル噴射装置２０は、エンジンＥのオイルポンプ８（図１１参照）にオイルギャラリ６ａを介して接続され、前記１対のオイル導入穴１８の開口部１８ａに対して潤滑用オイルを噴射可能に構成されている。各第１オイル噴射装置２０は、夫々、平面視にて対応するピンボス部１３に対してピストンピン１０ａの軸線直行方向吸気側位置、又は、ピストンピン１０ａの反スラスト側スカート部１２側に配置されている。１対の第１オイル噴射装置２０は、略同一の構造であるため、以下の説明では一方の第１オイル噴射装置２０のみについて説明する。
【００３４】
第１オイル噴射装置２０は、第１バルブ部２１と、第１オイル噴射ノズル２２と、第１ケース部２３等を備えている。第１バルブ部２１は、ボルト部材の内部にチェックバルブを備えている。第１バルブ部２１は、シリンダブロック２に形成されたねじ穴に螺合され、その先端に形成された開口がオイルギャラリ６ａに連通されている。第１バルブ部２１がシリンダブロック２に取付けられた状態で、オイル供給圧が所定値のとき、第１バルブ部２１が開動作し、オイルは第１ケース部２３内の油路を介して第１オイル噴射ノズル２２へ流動する。
【００３５】
第１オイル噴射ノズル２２は、シリンダボア５の外側位置からシリンダボア５の内側位置に向かって延びる管状部材により形成されている。第１オイル噴射ノズル２２は、ピストン１０が下死点付近のとき、噴射開口端がオイル導入穴１８の開口部１８ａの略直下近傍位置に配置されている。尚、第１オイル噴射装置２０はチェックバルブとしての第１バルブ部２１を省くことが可能である。
【００３６】
図１，図２に示すように、第２オイル噴射装置３０は、シリンダボア５毎に１つづつ配置されている。第２オイル噴射装置３０は、エンジンＥのオイルポンプ８にオイルギャラリ６ｂを介して接続され、排気側リセス部１１ｄに対して冷却用オイルを噴射可能に構成されている。第２オイル噴射装置３０は、平面視にてピストン中心に対してピストンピン１０ａの軸線直行方向排気側位置、又は、ピストンピン１０ａのスラスト側スカート部１２側に配置されている。それ故、１対の第１オイル噴射装置２０と第２オイル噴射装置３０は、平面視にてピストンピン１０ａの軸線に対して千鳥状にレイアウトされている。
【００３７】
第２オイル噴射装置３０は、第２バルブ部３１と、第２オイル噴射ノズル３２と、第２ケース部３３等を備えている。第２バルブ部３１は、ボルト部材の内部にチェックバルブを備えている。第２バルブ部３１は、シリンダブロック２に形成されたねじ穴に螺合され、先端に形成された開口がオイルギャラリ６ｂに連通されている。第２バルブ部３１がシリンダブロック２に取付けられた状態で、オイル供給圧が所定値以上のとき、第２バルブ部３１が開動作し、オイルは第２ケース部３３内の油路を介して第２オイル噴射ノズル３２へ流動する。
【００３８】
第２オイル噴射ノズル３２は、シリンダボア５の外側位置からシリンダボア５の内側位置に向かって延びる管状部材により形成されている。第２オイル噴射ノズル３２から噴射された冷却用オイルは、排気側リセス部１１ｄからリセス間連結部１１ｅを流れ吸気側リセス部１１ｃに到達し、クランク室内へ滴下する。
【００３９】
次に、オイル間欠供給手段について説明する。
図１，図３に示すように、本実施例１のオイル供給装置１には、ピストン１０が上昇過程のときのみ、１対のオイル導入穴１８の開口部１８ａに対して潤滑用オイルを供給可能なオイル間欠供給手段としてのバッフル部材７（オイル供給遮断手段）が設けられている。バッフル部材７は、矩形形状の金属製板状部材により形成され、コネクティングロッド４の小端部４ｂの下方位置にコネクティングロッド４と一体的に設けられている。バッフル部材７は、コネクティングロッド４の吸気側側部にボルト（図示略）により固定され、１対の第１オイル噴射ノズル２２と１対のオイル導入穴１８の開口部１８ａとの間の位置に形成され、ピストン１０が下降過程のとき、１対の第１オイル噴射ノズル２２から噴射された潤滑用オイルの進路を遮断するよう構成されている。
【００４０】
図８に示すように、ピストン１０が上死点位置から下死点に移動する下降過程（クランク角が９０°）のとき、コネクティングロッド４の大端部４ａは小端部４ｂに比べて吸気側位置に移動している。これにより、バッフル部材７の位置は、ピストン１０が上死点位置（クランク角が０°）のときのバッフル部材７の位置と比べて吸気側に移動し、第１オイル噴射ノズル２２から噴射された潤滑用オイルの進路を遮断している。
【００４１】
図９に示すように、ピストン１０が下死点位置から上死点に移動する上昇過程（クランク角が２７０°）のとき、コネクティングロッド４の大端部４ａは小端部４ｂに比べて排気側位置に移動している。これにより、バッフル部材７の位置は、ピストン１０が下死点位置（クランク角が１８０°）のときのバッフル部材７の位置と比べて排気側に移動し、第１オイル噴射ノズル２２から噴射された潤滑用オイルの進路を開放している。
【００４２】
バッフル部材７のピストンピン１０ａの軸線直行方向の幅は、ピストン１０が下死点位置のとき、オイル導入穴１８の開口部１８ａに対して第１オイル噴射ノズル２２から噴射された潤滑用オイルを供給可能な長さに設定している。バッフル部材７のピストンピン１０ａの軸線方向の幅は、ピストン１０が下降過程のとき、１対の第１オイル噴射ノズル２２から噴射された潤滑用オイルの進路を遮断可能な長さに設定している。
【００４３】
次に、オイル供給装置１の作用、効果について説明する。
このオイル供給装置１では、ピストン１０が上昇過程のときのみ、１対の第１オイル噴射ノズル２２から噴射された潤滑用オイルが開口部１８ａからオイル導入穴１８に導入される。この導入された潤滑用オイルは、複数の給油路１９ａ〜１９ｃを経てオイルリング溝１７とセカンドリング溝１６の間のランド部１４へ供給され、シリンダボア５周面のオイル油膜を形成する。ピストン１０が下降過程のとき、潤滑用オイルはバッフル部材７の作動によりオイル導入穴１８に導入されないため、前記ランド部１４には供給されない。それ故、ピストン１０の摺動抵抗の低減とオイル消費量の低減を両立できる。
また、１対のピンボス部１３を利用してオイル導入穴１８を形成し、オイル導入穴１８から前記ランド部１４へ連なる給油路１９ａ〜１９ｃを設けたため、ピストン１０の構造を簡単化できる。潤滑用オイルを直接的にオイル導入穴１８の内部に溜めると共に潤滑用オイル径路を短縮化できるため、潤滑用オイルの油圧損失を生じることなく潤滑用オイルを前記ランド部１４へ供給でき、ピストン１０の潤滑性能を増すことができる。それ故、図１０に示すように、各ピストンリング４５〜４７の摺動抵抗を減少でき、エンジンＥの燃費を改善できる。
【００４４】
吸気側リセス部１１ｃと排気側リセス部１１ｄとリセス間連結部１１ｅにより冷却用オイル径路を形成したため、ピストンクラウン部１１の裏面１１ｂを流れる冷却用オイルを誘導することができ、排気側スカート部１２から吸気側スカート部１２に亙って冷却用オイルの流動抵抗を低減でき、ピストン１０の冷却性能を増すことができる。１対のピンボス部１３の膨出部１３ｂによりリセス間連結部１１ｅを吸気側へ延長したため、吸気側スカート部１２側の冷却用オイルの流速低下を防止でき、オイル導入穴１８の潤滑用オイルと協働してピストン１０の吸気側部分を効果的に冷却できる。
【００４５】
複数の給油路１９ａ〜１９ｃはオイル導入穴１８の頂部に連通し、ピストン１０軸心直交方向へ延びているため、オイル導入穴１８に噴射された第１オイル噴射ノズル２２からの潤滑用オイルの油圧損失を最小に抑え、ランド部１４への給油能率を向上できる。
第１オイル噴射ノズル２２を平面視にて吸気側位置に配置し、第２オイル噴射ノズル３２を平面視にて排気側位置に配置したため、ピストン１０の吸気側部分に比べて熱負荷が高いピストン１０の排気側部分を先行冷却でき、第１オイル噴射ノズル２２のレイアウトの自由度を増すことができる。
【００４６】
第１オイル噴射ノズル２２とオイル導入穴１８の開口部１８ａとの間に位置するコネクティングロッド４の側部に設けられ、ピストン１０が下降過程のとき、第１オイル噴射ノズル２２から噴射されたオイルの進路を遮断可能なバッフル部材７を設けたため、コネクティングロッド４の作動軌跡を利用して、オイル間欠供給手段を簡単な構成で形成でき、ピストン１０が上昇過程のときのみオイル導入穴１８への潤滑用オイルの導入を許容し、ピストン１０が下降過程のときオイル導入穴１８への潤滑用オイルの導入を制限することができる。
【実施例２】
【００４７】
図１１に基づいて、実施例２に係るオイル供給装置１Ａについて説明する。尚、実施例１と同様の部材については、同一の符号を附し、説明を省略する。
実施例１との相違点は、実施例１では、エンジンＥの運転状態に拘わらず、ピストン１０が上昇過程のとき、１対のオイル導入穴１８の開口部１８ａに対して潤滑用オイルを供給していたのに対し、本実施例２では、エンジンＥＡの運転状態に応じて潤滑用オイルの供給を制限している点である。
【００４８】
図１１に示すように、エンジンＥＡは、オイルポンプ８と、メインギャラリ６と、オイルギャラリ６ａ〜６ｃと、オイル供給装置１Ａと、コントロールユニット５０等を有している。オイルポンプ８は、オイルパン９に貯留されたオイルを加圧し、メインギャラリ６によりエンジンＥＡの各部位へ圧送している。オイルポンプ８の下流側には、オイルに含まれる不純物を除去するためオイルフィルタ８ａが設けられている。メインギャラリ６には、オイルギャラリ６ａ〜６ｃが並列接続されている。オイルギャラリ６ｃには、クランク軸給油装置５２が設けられている。クランク軸給油装置５２は、クランク軸３の各軸受部（図示略）に設けられ、クランク軸３の軸受部やピン部３ａ等の各摺動部に潤滑用オイルを供給している。
【００４９】
オイル供給装置１Ａは、第１オイル噴射装置２０Ａと、第２オイル噴射装置３０と、流量制御弁５１等を備えている。第１オイル噴射装置２０Ａは、実施例１と同様に、各シリンダボア５に２つづつ配置されている。１対の第１オイル噴射装置２０Ａは、１対のオイル導入穴１８の開口部１８ａに対して潤滑用オイルを噴射可能に構成されている。
流量制御弁５１は、オイルギャラリ６ａの第１オイル噴射装置２０Ａよりも上流側位置に設けられている。流量制御弁５１は、例えば、デューティソレノイドにより駆動するスプール弁であり、コントロールユニット５０から送信される制御信号によりオイルギャラリ６ａの上流側位置で開閉制御される。
【００５０】
コントロールユニット５０は、エンジン回転数センサ、負荷センサ、水温センサ、クランクアングルセンサ等に電気的に接続され、各センサの検出値に基づき、エンジンＥＡの運転状態に応じて流量制御弁５１を制御している。
【００５１】
次に、オイル供給装置１Ａの作動について説明する。
コントロールユニット５０は、流量制御弁５１を以下のような形態で開閉制御している。
【００５２】
エンジンＥＡが暖機状態で且つエンジン負荷が所定負荷以下の燃費運転領域のとき、潤滑用オイルの供給を禁止している。これにより、シリンダライナ壁からの吸熱を防止し、シリンダライナ壁の早期昇温を図っている。エンジンＥＡが暖機状態で且つエンジン負荷が所定負荷以上の高負荷運転領域のとき、エンジンＥＡが低回転の場合、潤滑用オイルの供給を禁止し、エンジンＥＡが高回転の場合、潤滑用オイルを供給する前記基本作動を行う。この高回転における潤滑用オイルの供給により、ピストン１０の焼付きを防止し、エンジンＥＡの信頼性を増すことができる。
【００５３】
エンジンＥＡが温間状態で且つエンジン負荷が所定負荷以下の燃費運転領域のとき、潤滑用オイルを供給する前記基本作動を行う。エンジンＥＡが温間状態で且つエンジン負荷が所定負荷以上の高負荷運転領域のとき、潤滑用オイルの供給を禁止している。これにより、ピストン１０の下降過程のとき、オイルリング４７の上方空間に滞留する低粘度の潤滑用オイルが燃焼室へ侵入することを防止でき、オイル消費量を低減できる。
【００５４】
次に、前記実施例を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施例においては、横置き４気筒エンジンの例を説明したが、少なくともレシプロエンジンであれば良く、単気筒エンジンや２気筒以上のエンジンやＶ型エンジン等種々の内燃機関用ピストンに適用することができる。また、縦置きエンジンにも適用可能である。
【００５５】
２〕前記実施例１においては、バッフル部材をボルトによりコネクティングロッドの側部へ固定した例を説明したが、コネクティングロッドの製造時、バッフル部材をコネクティングロッドと同時に一体形成しても良い。
３〕前記実施例１においては、１対の第１オイル噴射装置を吸気側位置に配置し、単一の第２オイル噴射装置を排気側位置に配置した例を説明したが、第１オイル噴射装置を排気側位置に配置し、第２オイル噴射装置を吸気側位置に配置しても良い。また、第２オイル噴射装置を１つのピストンに対して複数設置することも可能である。
【００５６】
４〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、シリンダボア内を往復動する内燃機関用ピストンのオイル供給装置において、潤滑用オイル噴射ノズルと冷却用オイル噴射ノズルを設け、ピンボス部により潤滑用オイル径路と冷却用オイル径路を形成したことにより、ピストンの摺動抵抗の低減とオイル消費量の低減とを両立でき、ピストン構造を簡単化しつつピストンの潤滑性能と冷却性能を高めることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１，１Ａ オイル供給装置
３ クランク軸
４ コネクティングロッド
５ シリンダボア
７ バッフル部材
１０ ピストン
１０ａ ピストンピン
１１ ピストンクラウン部
１２ スカート部
１３ ピンボス部
１３ｂ 膨出部
１４ ランド部
１５ トップリング溝
１６ セカンドリング溝
１７ オイルリング溝
１８ オイル導入穴
１９ａ〜１９ｃ 給油路
２０，２０Ａ 第１オイル噴射装置
２２ 第１オイル噴射ノズル
３０ 第２オイル噴射装置
３２ 第２オイル噴射ノズル
５０ コントロールユニット
５１ 流量制御弁
Ｅ，ＥＡ エンジン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダボア内を往復動する内燃機関用ピストンのオイル供給装置に関し、特にピストンに対して潤滑用オイルを噴射するオイル噴射ノズルと冷却用オイルを噴射するオイル噴射ノズルを備えた内燃機関用ピストンのオイル供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関（以下、エンジンと記す）のピストンには、燃焼ガスの爆発ガス圧を受ける頂部と周囲にピストンリング溝を設けたランド部から形成されるピストンクラウン部と、ピストンピンを介してコネクティングロッドの小端部に連結されるピンボス部と、ピストンの往復動をガイドするスカート部が形成されている。特に、ピストンクラウン部の頂部は高温の燃焼ガスに曝されるため、ピストンクラウン部の裏面に対して冷却用オイルを噴射するオイルジェットを設け、ピストンを冷却している。
【０００３】
通常、ピストンの複数のランド部同士間には、トップリングとセカンドリングを夫々装着する２つのコンプレッションリング溝とオイルリングを装着するオイルリング溝が形成されている。オイルリングは、ピストンが上昇（上死点側へ移動）するとき、オイルを持ち上げシリンダボアの内周面にオイル油膜を形成し、ピストンが下降（下死点側へ移動）するとき、潤滑に必要なオイル油膜を残しながら余分なオイルを掻き落とす機能を有している。それ故、オイルの掻き落としが不十分な場合、セカンドリング溝とオイルリング溝との間のランド部にオイルが滞留し、この滞留したオイルが燃焼室へ侵入するため、オイル消費量増加の原因になっていた。
【０００４】
特許文献１に記載されたエンジンの潤滑装置は、ピストンのセカンドリング溝とオイルリング溝との間のランド部に径方向へ貫通してランド部外周とピストン内方を連通する複数の連通路と、ピストンクラウン部の裏面側にオイルジェットから噴射されたオイルを導入可能な開口部を有し且つ複数の連通路のピストン内方側開口に連通するオイル溜め部と、オイルジェットから噴射されたオイルをピストン上昇時に開口部へ誘導し、ピントン下降時に開口部への導入を制限するオイル誘導制限部を備えている。このエンジンの潤滑装置は、ピストン上昇時にオイルジェットから噴射されたオイルがオイル溜め部に導入し、ピストン下降時にオイルジェットから噴射されたオイルがオイル溜め部に入ることを制限するため、オイルリングの上方空間に滞留するオイル量を適切に調整し、摺動抵抗の低減とオイル消費量の低減を両立している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−８４５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のエンジンの潤滑装置は、ピストン部の裏面にオイル誘導斜面とオイル制限斜面を備えたピストン側凸部を設け、コネクティングロッドの小端部にコンロッド側凸部を設けることにより、ピントン上昇時にはコンロッド側凸部がオイルをオイル誘導斜面側へ誘導し、ピントン下降時にはコンロッド側凸部がオイルをオイル制限斜面側へ誘導している。しかし、潤滑用オイルをセカンドリング溝とオイルリング溝との間のランド部に供給するとき、コンロッド側凸部とオイル誘導斜面にオイルを衝突させてオイルの進行方向を強制的に変更し、一旦オイル溜め部に貯留した後、貯留されたオイルをランド部へ供給するような潤滑用オイル径路であるため、供給される潤滑用オイルの油圧損失が大きく、前記ランド部に十分なオイル量を供給できない虞がある。しかも、特許文献１の潤滑用オイル径路では、ピストン構造やコンロッド構造等の構造の複雑化を招き、ピストンの製造コストが高価になるという虞もある。
【０００７】
また、ピストンの冷却性能を向上する場合、前記エンジンの潤滑装置と冷却用オイルを噴射するオイルジェットを併用することも考えられる。しかし、オイルジェットから噴射された冷却用オイルをピストンの一端部側から他端部側に亙ってピストンクラウン部の裏面全域に安定的に流す必要があるものの、前記エンジンの潤滑装置には冷却用オイル径路の途中にオイル溜め部の開口部やピストン側凸部等の障害物が存在し、これらの障害物が冷却用オイルの流れを阻害するため、ピストンの冷却性能を十分に確保できない虞がある。
【０００８】
本発明の目的は、ピストンの摺動抵抗の低減とオイル消費量の低減とを両立でき、ピストン構造を簡単化しつつピストンの潤滑性能と冷却性能を高めることができる内燃機関用ピストンのオイル供給装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の内燃機関用ピストンのオイル供給装置は、ピストンクラウン部と、このピストンクラウン部の裏面に形成され且つコネクティングロッド及びピストンピンを介してクランク軸に連結される１対のピンボス部と、前記ピストンクラウン部から下方へ延びる１対のスカート部を備え、シリンダボア内を往復動する内燃機関用ピストンのオイル供給装置において、前記ピストンは、一方のスカート部側において前記１対のピンボス部のピン軸直交方向の一方側端部からそれら端部に対向する前記一方のスカート部の方へ膨出させた１対の膨出部と、これら１対の膨出部の下端に夫々開口し且つ上方へ凹入した１対のオイル導入穴と、これらオイル導入穴と前記ピストンクラウン部のオイルリング溝とコンプレッションリング溝の間の周面とを連通する複数の給油路を有し、前記１対のオイル導入穴の開口に対して潤滑用オイルを噴射する第１オイル噴射ノズルと、他方のスカート部側のピストンクラウン部の裏面に対して冷却用オイルを噴射する第２オイル噴射ノズルと、前記ピストンが上昇過程のときのみ、前記１対のオイル導入穴の開口に対してオイルを供給するオイル間欠供給手段とを設けたことを特徴としている。
【００１０】
この内燃機関用ピストンのオイル供給装置では、ピストンが上昇過程のときのみ、第１オイル噴射ノズルから噴射された潤滑用オイルがオイル導入穴に導入される。この潤滑用オイルは、複数の給油路を経てオイルリング溝とコンプレッションリング溝の間の周面に相当するランド部へ供給され、シリンダボア面のオイル油膜形成に寄与する。ピストンが下降過程のとき、潤滑用オイルはオイル導入穴への導入が規制されるため、前記ランド部に供給されない。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記複数の給油路は前記オイル導入穴の頂部に連通し且つピストン軸心直交方向へ延びることを特徴としている。
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記第１オイル噴射ノズルを平面視にて吸気側位置に配置し、前記第２オイル噴射ノズルを平面視にて排気側位置に配置したことを特徴としている。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、前記オイル間欠供給手段は、前記第１オイル噴射ノズルとオイル導入穴の開口との間に位置する前記コネクティングロッドの側部に設けられ、前記ピストンが下降過程のとき、前記第１オイル噴射ノズルから噴射されたオイルの進路を遮断可能なオイル供給遮断手段であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、潤滑用オイルが、ピストンが上昇過程のときのみ、オイルリングの先行域に対応したランド部に供給されるため、ピストンの摺動抵抗の低減とオイル消費量の低減を両立できる。また、１対のピンボス部を利用してオイル導入穴を形成し、オイル導入穴から前記ランド部へ連なる給油路を設けたため、ピストン構造を簡単化でき、潤滑用オイルの油圧損失を生じることなくピストンの潤滑性能を増すことができる。しかも、１対のピンボス部に形成された膨出部により冷却用オイルが流れる径路を形成したため、冷却用オイルの流れを阻害することなくピストンクラウン部の裏面を流動する冷却用オイルを誘導することができ、一方のスカート側から他方のスカート側に亙ってピストンクラウン部の裏面に冷却用オイルを供給することができ、ピストンの冷却性能を増すことができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、オイル導入穴に噴射された第１オイル噴射ノズルからの潤滑用オイルの油圧損失を最小に抑え、ランド部への給油能率を向上できる。
請求項３の発明によれば、吸気側部分に比べて熱負荷が高いピストンの排気側部分を先行冷却でき、第１オイル噴射ノズルのレイアウトの自由度を増すことができる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、コネクティングロッドの作動軌跡を利用して、オイル間欠供給手段を簡単な構成で形成でき、ピストンが上昇過程のときのみオイル導入穴への潤滑用オイルの導入を許容し、ピストンが下降過程のときオイル導入穴への潤滑用オイルの導入を制限することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１に係るピストンのオイル供給装置の全体構成図である。
【図２】ピストンと第１，第２オイル噴射装置を下方から視た図である。
【図３】ピストンとコネクティングロッドの組み立て図である。
【図４】ピストンの側面図である。
【図５】図４のV−V線断面図である。
【図６】図４のVI−VI線断面図である。
【図７】ピストンの縦断面図である。
【図８】クランク角が９０°のときのオイル供給装置を示す図である。
【図９】クランク角が２７０°のときのオイル供給装置を示す図である。
【図１０】従来のオイル供給装置と実施例１のオイル供給装置のピストンリング抵抗値を比較したグラフである。
【図１１】実施例２に係るピストンのオイル供給装置の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。尚、以下、図における上下方向を上下方向とし、エンジンの吸気側を前方、排気側を後方として説明する。
【実施例１】
【００１８】
以下、本発明の実施例１について図１〜図１０に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施例のオイル供給装置１は、車両の多気筒エンジン、例えば横置き直列４気筒ガソリンレシプロエンジンＥのピストン１０に対して潤滑用オイルと冷却用オイルを供給するものである。
【００１９】
エンジンＥは、シリンダヘッド（図示略）と、シリンダブロック２と、オイルパン９（図１１参照）等を備えている。シリンダヘッドには、吸気側カム軸（図示略）と排気側カム軸（図示略）が回転自在に枢支されている。これら両カム軸にはクランク軸３から回転駆動力が伝達され、夫々のカム軸に連動連結された吸排気バルブ（図示略）が往復動される。エンジンＥは、吸気側カム軸が車両の進行方向前方になるよう自動車のエンジンルームに搭載され、上方程後側へ傾斜する後方スラント状に配置されている。
【００２０】
図１に示すように、シリンダブロック２は、クランク軸３と、４本のコネクティングロッド４と、４つのシリンダボア５と、４つのピストン１０と、気筒毎に１対の第１オイル噴射装置２０と、４つの第２オイル噴射装置３０等を備えている。シリンダブロック２は、クランク軸３を収容するクランク室を形成している。
【００２１】
図１に示すように、クランク軸３は、ジャーナル部（図示略）と、ピン部３ａと、アーム部（図示略）等を備え、図中、矢印Ａで示す方向に回転する。クランク軸３は、シリンダブロック２に軸受部を介して回転自在に枢支されている。ピン部３ａには、コネクティングロッド４の下端に形成された大端部４ａが軸受部を介して回転自在に連結されている。コネクティングロッド４の上端に形成された小端部４ｂには、クランク軸３と平行に配置されたピストンピン１０ａを介してピストン１０が揺動自在に連結されている。シリンダボア５は円筒状に形成されている。
【００２２】
図１〜図７に示すように、ピストン１０は、ピストンクラウン部１１と、１対のスカート部１２と、１対のピンボス部１３と、１対のオイル導入穴１８と、複数の給油路１９ａ〜１９ｃ等を備えている。ピストン１０は、下方に向かって開口する有底円筒状に形成され、例えば、アルミニウム合金により形成されている。ピストン１０は、シリンダボア５内に嵌入され、シリンダボア５内を上下方向に往復動可能に形成されている。
【００２３】
ピストンクラウン部１１は、頂面１１ａと、裏面１１ｂと、ランド部１４と、３つのリング溝１５〜１７等を備えている。裏面１１ｂには、吸気側リセス部１１ｃと、排気側リセス部１１ｄと、両リセス部１１ｃ，１１ｄの間に亙って形成されたリセス間連結部１１ｅが形成されている。吸気側リセス部１１ｃと排気側リセス部１１ｄは、夫々、裏面１１ｂの吸気側部分と排気側部分の位置に頂面１１ａ側へ湾曲状に凹入形成されている。リセス間連結部１１ｅは、吸気側リセス部１１ｃと排気側リセス部１１ｄに滑らかに連なるよう構成されている。
【００２４】
１対のスカート部１２は、ピストン１０の吸気側部分と排気側部分に夫々ピストンクラウン部１１の下端から下方へ延びるよう形成されている。それ故、ピストン１０が上下方向へ往復動するとき、１対のスカート部１２がシリンダボア５にガイドされるため、ピストンピン１０ａを回転中心とするピストン１０の揺動が抑制される。
【００２５】
ピストンクラウン部１１の外周には、頂面１１ａとスカート部１２との間の位置にランド部１４が形成されている。ランド部１４には、トップリング溝１５とセカンドリング溝１６とオイルリング溝１７が形成されている。トップリング溝１５は、頂面１１ａに最も近接した位置に形成され、トップリング４５（第１コンプレッションリング）が装着されている。セカンドリング溝１６は、トップリング溝１５よりも下方位置に形成され、セカンドリング４６（第２コンプレッションリング）が装着されている。オイルリング溝１７は、セカンドリング溝１６よりも下方且つスカート部１２側位置に形成され、オイルリング４７が装着されている。尚、説明の便宜上、図３を除いて、各リング４５〜４７の図示を省略している。
【００２６】
図３に示すように、トップリング４５とセカンドリング４６は、略Ｃ字状に形成され、トップリング溝１５とセカンドリング溝１６に夫々強制的に弾性圧縮変形された状態で嵌め込まれている。これにより、両リング４５，４６は、一定の復元力によりシリンダボア５の表面に接触し、エンジンＥの燃焼室からクランク室に漏出するブローバイガス量を抑制している。オイルリング４７は、両リング４５，４６と同様に略Ｃ字状に形成され、オイルリング溝１７に強制的に弾性圧縮変形された状態で嵌め込まれている。これにより、オイルリング４７は、一定の復元力によりシリンダボア５の表面に接触し、ピストン１０が上昇過程のとき、オイルを持ち上げてシリンダボア５の内周面にオイル油膜を形成し、ピストン１０が下降過程のとき、潤滑に必要なオイル油膜を残しながら大部分のオイルを掻き落としている。
【００２７】
図１，図５，図７に示すように、ピストンクラウン部１１には、１対のスカート部１２の間の位置において裏面１１ｂから下方へ延びる１対のピンボス部１３が形成されている。
一方のピンボス部１３は、ピストン１０の中心に対してピストンピン１０ａの軸線平行方向一方側寄りの位置に配置され、他方のピンボス部１３はピストン１０の中心に対してピストンピン１０ａの軸線平行方向他方側寄りの位置に配置され、両ピンボス部１３はピストン１０の中心を挟むように並列状に形成されている。
【００２８】
図２，図５，図６に示すように、１対のピンボス部１３は、裏面１１ｂの中央部分にリセス間連結部１１ｅを挟んで対向配置され、夫々、ピン孔１３ａと、膨出部１３ｂと、オイル導入穴１８を備えている。１対のピン孔１３ａは、軸受部を介してピストンピン１０ａを支承している。１対のピンボス部１３がピストンピン１０ａを介してコネクティングロッド４と連結されるため、クランク軸３の回転駆動力がコネクティングロッド４を介してピストン１０に伝達され、ピストン１０がシリンダボア内を上下方向に往復動する。
【００２９】
１対の膨出部１３ｂは、１対のピンボス部１３の吸気側端部から、これら吸気側端部に対向する吸気側スカート部１２の方向へ膨出するように形成されている。それ故、ピストン１０の中心から各ピンボス部１３の吸気側端部までの距離はピストン１０の軸心から各ピンボス部１３の排気側端部までの距離よりも長く構成され、平面視にて、吸気側リセス部１１ｃの面積は排気側リセス部１１ｄの面積よりも小さく形成されている。
【００３０】
１対の膨出部１３ｂには、夫々、オイル導入穴１８が形成されている。各オイル導入穴１８は、膨出部１３ｂの下端に開口し、この開口部１８ａからピストンクラウン部１１内部に亙り上方へ凹入するよう形成されている。それ故、吸気側リセス部１１ｃの近傍部分をオイル導入穴１８に滞留するオイルを利用して冷却することができる。これらオイル導入穴１８は、ピンボス部１３と膨出部１３ｂを一体形成し、膨出部１３ｂに対してドリル等の加工工具を用いて機械加工により製造している。
【００３１】
図６に示すように、ピストンクラウン部１１内部には、複数の給油路１９ａ〜１９ｃが形成されている。複数の給油路１９ａ〜１９ｃは、１対のオイル導入穴１８の頂部からピストン１０の軸線直交方向へ延び、セカンドリング溝１６とオイルリング溝１７の間のランド部１４と連通するよう形成されている。
【００３２】
各オイル導入穴１８には、夫々、３つの給油路１９ａ〜１９ｃが連通されている。給油路１９ａはオイル導入穴１８と吸気側ランド部１４を連通し、給油路１９ｂはオイル導入穴１８と吸気側と吸気側の中間位置近傍のランド部１４を連通し、給油路１９ｃはオイル導入穴１８と排気側ランド部１４を連通している。給油路１９ｂは給油路１９ｃよりも通路長が短く、給油路１９ａは給油路１９ｂよりも通路長が短く形成されている。これら給油路１９ａ〜１９ｃは、オイル導入穴１８と同様に、ピストンクラウン部１１に対してドリル等の加工工具を用いて機械加工により製造している。
【００３３】
図１，図２に示すように、第１オイル噴射装置２０は、各シリンダボア５に２つづつ配置されている。１対の第１オイル噴射装置２０は、エンジンＥのオイルポンプ８（図１１参照）にオイルギャラリ６ａを介して接続され、前記１対のオイル導入穴１８の開口部１８ａに対して潤滑用オイルを噴射可能に構成されている。各第１オイル噴射装置２０は、夫々、平面視にて対応するピンボス部１３に対してピストンピン１０ａの軸線直行方向吸気側位置、又は、ピストンピン１０ａの反スラスト側スカート部１２側に配置されている。１対の第１オイル噴射装置２０は、略同一の構造であるため、以下の説明では一方の第１オイル噴射装置２０のみについて説明する。
【００３４】
第１オイル噴射装置２０は、第１バルブ部２１と、第１オイル噴射ノズル２２と、第１ケース部２３等を備えている。第１バルブ部２１は、ボルト部材の内部にチェックバルブを備えている。第１バルブ部２１は、シリンダブロック２に形成されたねじ穴に螺合され、その先端に形成された開口がオイルギャラリ６ａに連通されている。第１バルブ部２１がシリンダブロック２に取付けられた状態で、オイル供給圧が所定値のとき、第１バルブ部２１が開動作し、オイルは第１ケース部２３内の油路を介して第１オイル噴射ノズル２２へ流動する。
【００３５】
第１オイル噴射ノズル２２は、シリンダボア５の外側位置からシリンダボア５の内側位置に向かって延びる管状部材により形成されている。第１オイル噴射ノズル２２は、ピストン１０が下死点付近のとき、噴射開口端がオイル導入穴１８の開口部１８ａの略直下近傍位置に配置されている。尚、第１オイル噴射装置２０はチェックバルブとしての第１バルブ部２１を省くことが可能である。
【００３６】
図１，図２に示すように、第２オイル噴射装置３０は、シリンダボア５毎に１つづつ配置されている。第２オイル噴射装置３０は、エンジンＥのオイルポンプ８にオイルギャラリ６ｂを介して接続され、排気側リセス部１１ｄに対して冷却用オイルを噴射可能に構成されている。第２オイル噴射装置３０は、平面視にてピストン中心に対してピストンピン１０ａの軸線直行方向排気側位置、又は、ピストンピン１０ａのスラスト側スカート部１２側に配置されている。それ故、１対の第１オイル噴射装置２０と第２オイル噴射装置３０は、平面視にてピストンピン１０ａの軸線に対して千鳥状にレイアウトされている。
【００３７】
第２オイル噴射装置３０は、第２バルブ部３１と、第２オイル噴射ノズル３２と、第２ケース部３３等を備えている。第２バルブ部３１は、ボルト部材の内部にチェックバルブを備えている。第２バルブ部３１は、シリンダブロック２に形成されたねじ穴に螺合され、先端に形成された開口がオイルギャラリ６ｂに連通されている。第２バルブ部３１がシリンダブロック２に取付けられた状態で、オイル供給圧が所定値以上のとき、第２バルブ部３１が開動作し、オイルは第２ケース部３３内の油路を介して第２オイル噴射ノズル３２へ流動する。
【００３８】
第２オイル噴射ノズル３２は、シリンダボア５の外側位置からシリンダボア５の内側位置に向かって延びる管状部材により形成されている。第２オイル噴射ノズル３２から噴射された冷却用オイルは、排気側リセス部１１ｄからリセス間連結部１１ｅを流れ吸気側リセス部１１ｃに到達し、クランク室内へ滴下する。
【００３９】
次に、オイル間欠供給手段について説明する。
図１，図３に示すように、本実施例１のオイル供給装置１には、ピストン１０が上昇過程のときのみ、１対のオイル導入穴１８の開口部１８ａに対して潤滑用オイルを供給可能なオイル間欠供給手段としてのバッフル部材７（オイル供給遮断手段）が設けられている。バッフル部材７は、矩形形状の金属製板状部材により形成され、コネクティングロッド４の小端部４ｂの下方位置にコネクティングロッド４と一体的に設けられている。バッフル部材７は、コネクティングロッド４の吸気側側部にボルト（図示略）により固定され、１対の第１オイル噴射ノズル２２と１対のオイル導入穴１８の開口部１８ａとの間の位置に形成され、ピストン１０が下降過程のとき、１対の第１オイル噴射ノズル２２から噴射された潤滑用オイルの進路を遮断するよう構成されている。
【００４０】
図８に示すように、ピストン１０が上死点位置から下死点に移動する下降過程（クランク角が９０°）のとき、コネクティングロッド４の大端部４ａは小端部４ｂに比べて吸気側位置に移動している。これにより、バッフル部材７の位置は、ピストン１０が上死点位置（クランク角が０°）のときのバッフル部材７の位置と比べて吸気側に移動し、第１オイル噴射ノズル２２から噴射された潤滑用オイルの進路を遮断している。
【００４１】
図９に示すように、ピストン１０が下死点位置から上死点に移動する上昇過程（クランク角が２７０°）のとき、コネクティングロッド４の大端部４ａは小端部４ｂに比べて排気側位置に移動している。これにより、バッフル部材７の位置は、ピストン１０が下死点位置（クランク角が１８０°）のときのバッフル部材７の位置と比べて排気側に移動し、第１オイル噴射ノズル２２から噴射された潤滑用オイルの進路を開放している。
【００４２】
バッフル部材７のピストンピン１０ａの軸線直行方向の幅は、ピストン１０が下死点位置のとき、オイル導入穴１８の開口部１８ａに対して第１オイル噴射ノズル２２から噴射された潤滑用オイルを供給可能な長さに設定している。バッフル部材７のピストンピン１０ａの軸線方向の幅は、ピストン１０が下降過程のとき、１対の第１オイル噴射ノズル２２から噴射された潤滑用オイルの進路を遮断可能な長さに設定している。
【００４３】
次に、オイル供給装置１の作用、効果について説明する。
このオイル供給装置１では、ピストン１０が上昇過程のときのみ、１対の第１オイル噴射ノズル２２から噴射された潤滑用オイルが開口部１８ａからオイル導入穴１８に導入される。この導入された潤滑用オイルは、複数の給油路１９ａ〜１９ｃを経てオイルリング溝１７とセカンドリング溝１６の間のランド部１４へ供給され、シリンダボア５周面のオイル油膜を形成する。ピストン１０が下降過程のとき、潤滑用オイルはバッフル部材７の作動によりオイル導入穴１８に導入されないため、前記ランド部１４には供給されない。それ故、ピストン１０の摺動抵抗の低減とオイル消費量の低減を両立できる。
また、１対のピンボス部１３を利用してオイル導入穴１８を形成し、オイル導入穴１８から前記ランド部１４へ連なる給油路１９ａ〜１９ｃを設けたため、ピストン１０の構造を簡単化できる。潤滑用オイルを直接的にオイル導入穴１８の内部に溜めると共に潤滑用オイル径路を短縮化できるため、潤滑用オイルの油圧損失を生じることなく潤滑用オイルを前記ランド部１４へ供給でき、ピストン１０の潤滑性能を増すことができる。それ故、図１０に示すように、各ピストンリング４５〜４７の摺動抵抗を減少でき、エンジンＥの燃費を改善できる。
【００４４】
吸気側リセス部１１ｃと排気側リセス部１１ｄとリセス間連結部１１ｅにより冷却用オイル径路を形成したため、ピストンクラウン部１１の裏面１１ｂを流れる冷却用オイルを誘導することができ、排気側スカート部１２から吸気側スカート部１２に亙って冷却用オイルの流動抵抗を低減でき、ピストン１０の冷却性能を増すことができる。１対のピンボス部１３の膨出部１３ｂによりリセス間連結部１１ｅを吸気側へ延長したため、吸気側スカート部１２側の冷却用オイルの流速低下を防止でき、オイル導入穴１８の潤滑用オイルと協働してピストン１０の吸気側部分を効果的に冷却できる。
【００４５】
複数の給油路１９ａ〜１９ｃはオイル導入穴１８の頂部に連通し、ピストン１０軸心直交方向へ延びているため、オイル導入穴１８に噴射された第１オイル噴射ノズル２２からの潤滑用オイルの油圧損失を最小に抑え、ランド部１４への給油能率を向上できる。
第１オイル噴射ノズル２２を平面視にて吸気側位置に配置し、第２オイル噴射ノズル３２を平面視にて排気側位置に配置したため、ピストン１０の吸気側部分に比べて熱負荷が高いピストン１０の排気側部分を先行冷却でき、第１オイル噴射ノズル２２のレイアウトの自由度を増すことができる。
【００４６】
第１オイル噴射ノズル２２とオイル導入穴１８の開口部１８ａとの間に位置するコネクティングロッド４の側部に設けられ、ピストン１０が下降過程のとき、第１オイル噴射ノズル２２から噴射されたオイルの進路を遮断可能なバッフル部材７を設けたため、コネクティングロッド４の作動軌跡を利用して、オイル間欠供給手段を簡単な構成で形成でき、ピストン１０が上昇過程のときのみオイル導入穴１８への潤滑用オイルの導入を許容し、ピストン１０が下降過程のときオイル導入穴１８への潤滑用オイルの導入を制限することができる。
【実施例２】
【００４７】
図１１に基づいて、実施例２に係るオイル供給装置１Ａについて説明する。尚、実施例１と同様の部材については、同一の符号を附し、説明を省略する。
実施例１との相違点は、実施例１では、エンジンＥの運転状態に拘わらず、ピストン１０が上昇過程のとき、１対のオイル導入穴１８の開口部１８ａに対して潤滑用オイルを供給していたのに対し、本実施例２では、エンジンＥＡの運転状態に応じて潤滑用オイルの供給を制限している点である。
【００４８】
図１１に示すように、エンジンＥＡは、オイルポンプ８と、メインギャラリ６と、オイルギャラリ６ａ〜６ｃと、オイル供給装置１Ａと、コントロールユニット５０等を有している。オイルポンプ８は、オイルパン９に貯留されたオイルを加圧し、メインギャラリ６によりエンジンＥＡの各部位へ圧送している。オイルポンプ８の下流側には、オイルに含まれる不純物を除去するためオイルフィルタ８ａが設けられている。メインギャラリ６には、オイルギャラリ６ａ〜６ｃが並列接続されている。オイルギャラリ６ｃには、クランク軸給油装置５２が設けられている。クランク軸給油装置５２は、クランク軸３の各軸受部（図示略）に設けられ、クランク軸３の軸受部やピン部３ａ等の各摺動部に潤滑用オイルを供給している。
【００４９】
オイル供給装置１Ａは、第１オイル噴射装置２０Ａと、第２オイル噴射装置３０と、流量制御弁５１等を備えている。第１オイル噴射装置２０Ａは、実施例１と同様に、各シリンダボア５に２つづつ配置されている。１対の第１オイル噴射装置２０Ａは、１対のオイル導入穴１８の開口部１８ａに対して潤滑用オイルを噴射可能に構成されている。
流量制御弁５１は、オイルギャラリ６ａの第１オイル噴射装置２０Ａよりも上流側位置に設けられている。流量制御弁５１は、例えば、デューティソレノイドにより駆動するスプール弁であり、コントロールユニット５０から送信される制御信号によりオイルギャラリ６ａの上流側位置で開閉制御される。
【００５０】
コントロールユニット５０は、エンジン回転数センサ、負荷センサ、水温センサ、クランクアングルセンサ等に電気的に接続され、各センサの検出値に基づき、エンジンＥＡの運転状態に応じて流量制御弁５１を制御している。
【００５１】
次に、オイル供給装置１Ａの作動について説明する。
コントロールユニット５０は、流量制御弁５１を以下のような形態で開閉制御している。
【００５２】
エンジンＥＡが暖機状態で且つエンジン負荷が所定負荷以下の燃費運転領域のとき、潤滑用オイルの供給を禁止している。これにより、シリンダライナ壁からの吸熱を防止し、シリンダライナ壁の早期昇温を図っている。エンジンＥＡが暖機状態で且つエンジン負荷が所定負荷以上の高負荷運転領域のとき、エンジンＥＡが低回転の場合、潤滑用オイルの供給を禁止し、エンジンＥＡが高回転の場合、潤滑用オイルを供給する前記基本作動を行う。この高回転における潤滑用オイルの供給により、ピストン１０の焼付きを防止し、エンジンＥＡの信頼性を増すことができる。
【００５３】
エンジンＥＡが温間状態で且つエンジン負荷が所定負荷以下の燃費運転領域のとき、潤滑用オイルを供給する前記基本作動を行う。エンジンＥＡが温間状態で且つエンジン負荷が所定負荷以上の高負荷運転領域のとき、潤滑用オイルの供給を禁止している。これにより、ピストン１０の下降過程のとき、オイルリング４７の上方空間に滞留する低粘度の潤滑用オイルが燃焼室へ侵入することを防止でき、オイル消費量を低減できる。
【００５４】
次に、前記実施例を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施例においては、横置き４気筒エンジンの例を説明したが、少なくともレシプロエンジンであれば良く、単気筒エンジンや２気筒以上のエンジンやＶ型エンジン等種々の内燃機関用ピストンに適用することができる。また、縦置きエンジンにも適用可能である。
【００５５】
２〕前記実施例１においては、バッフル部材をボルトによりコネクティングロッドの側部へ固定した例を説明したが、コネクティングロッドの製造時、バッフル部材をコネクティングロッドと同時に一体形成しても良い。
３〕前記実施例１においては、１対の第１オイル噴射装置を吸気側位置に配置し、単一の第２オイル噴射装置を排気側位置に配置した例を説明したが、第１オイル噴射装置を排気側位置に配置し、第２オイル噴射装置を吸気側位置に配置しても良い。また、第２オイル噴射装置を１つのピストンに対して複数設置することも可能である。
【００５６】
４〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、シリンダボア内を往復動する内燃機関用ピストンのオイル供給装置において、潤滑用オイル噴射ノズルと冷却用オイル噴射ノズルを設け、ピンボス部により潤滑用オイル径路と冷却用オイル径路を形成したことにより、ピストンの摺動抵抗の低減とオイル消費量の低減とを両立でき、ピストン構造を簡単化しつつピストンの潤滑性能と冷却性能を高めることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１，１Ａ オイル供給装置
３ クランク軸
４ コネクティングロッド
５ シリンダボア
７ バッフル部材
１０ ピストン
１０ａ ピストンピン
１１ ピストンクラウン部
１２ スカート部
１３ ピンボス部
１３ｂ 膨出部
１４ ランド部
１５ トップリング溝
１６ セカンドリング溝
１７ オイルリング溝
１８ オイル導入穴
１９ａ〜１９ｃ 給油路
２０，２０Ａ 第１オイル噴射装置
２２ 第１オイル噴射ノズル
３０ 第２オイル噴射装置
３２ 第２オイル噴射ノズル
５０ コントロールユニット
５１ 流量制御弁
Ｅ，ＥＡ エンジン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンクラウン部と、このピストンクラウン部の裏面に形成され且つコネクティングロッド及びピストンピンを介してクランク軸に連結される１対のピンボス部と、前記ピストンクラウン部から下方へ延びる１対のスカート部を備え、シリンダボア内を往復動する内燃機関用ピストンのオイル供給装置において、
前記ピストンは、一方のスカート部側において前記１対のピンボス部のピン軸直交方向の一方側端部からそれら端部に対向する前記一方のスカート部の方へ膨出させた１対の膨出部と、これら１対の膨出部の下端に夫々開口し且つ上方へ凹入した１対のオイル導入穴と、これらオイル導入穴と前記ピストンクラウン部のオイルリング溝とコンプレッションリング溝の間の周面とを連通する複数の給油路を有し、
前記１対のオイル導入穴の開口に対して潤滑用オイルを噴射する第１オイル噴射ノズルと、
他方のスカート部側のピストンクラウン部の裏面に対して冷却用オイルを噴射する第２オイル噴射ノズルと、
前記ピストンが上昇過程のときのみ、前記１対のオイル導入穴の開口に対してオイルを供給するオイル間欠供給手段とを設けたことを特徴とする内燃機関用ピストンのオイル供給装置。
【請求項２】
前記複数の給油路は前記オイル導入穴の頂部に連通し且つピストン軸心直交方向へ延びることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用ピストンのオイル供給装置。
【請求項３】
前記第１オイル噴射ノズルを平面視にて吸気側位置に配置し、前記第２オイル噴射ノズルを平面視にて排気側位置に配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用ピストンのオイル供給装置。
【請求項４】
前記オイル間欠供給手段は、前記第１オイル噴射ノズルとオイル導入穴の開口との間に位置する前記コネクティングロッドの側部に設けられ、前記ピストンが下降過程のとき、前記第１オイル噴射ノズルから噴射されたオイルの進路を遮断可能なオイル供給遮断手段であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の内燃機関用ピストンのオイル供給装置。
【請求項１】
ピストンクラウン部と、このピストンクラウン部の裏面に形成され且つコネクティングロッド及びピストンピンを介してクランク軸に連結される１対のピンボス部と、前記ピストンクラウン部から下方へ延びる１対のスカート部を備え、シリンダボア内を往復動する内燃機関用ピストンのオイル供給装置において、
前記ピストンは、一方のスカート部側において前記１対のピンボス部のピン軸直交方向の一方側端部からそれら端部に対向する前記一方のスカート部の方へ膨出させた１対の膨出部と、これら１対の膨出部の下端に夫々開口し且つ上方へ凹入した１対のオイル導入穴と、これらオイル導入穴と前記ピストンクラウン部のオイルリング溝とコンプレッションリング溝の間の周面とを連通する複数の給油路を有し、
前記１対のオイル導入穴の開口に対して潤滑用オイルを噴射する第１オイル噴射ノズルと、
他方のスカート部側のピストンクラウン部の裏面に対して冷却用オイルを噴射する第２オイル噴射ノズルと、
前記ピストンが上昇過程のときのみ、前記１対のオイル導入穴の開口に対してオイルを供給するオイル間欠供給手段とを設けたことを特徴とする内燃機関用ピストンのオイル供給装置。
【請求項２】
前記複数の給油路は前記オイル導入穴の頂部に連通し且つピストン軸心直交方向へ延びることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用ピストンのオイル供給装置。
【請求項３】
前記第１オイル噴射ノズルを平面視にて吸気側位置に配置し、前記第２オイル噴射ノズルを平面視にて排気側位置に配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用ピストンのオイル供給装置。
【請求項４】
前記オイル間欠供給手段は、前記第１オイル噴射ノズルとオイル導入穴の開口との間に位置する前記コネクティングロッドの側部に設けられ、前記ピストンが下降過程のとき、前記第１オイル噴射ノズルから噴射されたオイルの進路を遮断可能なオイル供給遮断手段であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の内燃機関用ピストンのオイル供給装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１４０８６６（Ｐ２０１２−１４０８６６Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９１８８４（Ｐ２０１０−２９１８８４）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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